Sist revidert: 05.06.2020. Vi tar gjerne imot dine tilbakemeldinger.

I denne modulen finner du informasjon om krefter fra is og drivgods som belaster et sikringstiltak i vassdrag. Du får også råd om dimensjonering og hvordan du kan utforme et sikringstiltak som tar hensyn til is og drivgods.

Innhold: Grunnkunnskap – isforhold | Dimensjonering og utforming | Steinstørrelser og skråningsvinkel | Spesielle forhold | Drivgods | Frittstående murer og mobile flomverk | Videre lesning

Denne modulen er en støttemodul til fase 2: Prosjektering av tiltak mot flom og erosjon.

Det oppstår isganger når vannføringen blir tilstrekkelig stor slik at isdekker, på islagte partier, sprekker opp og flyter nedover i vassdraget. Se figur 1. Dette er typisk for vårisganger. Også i isleggingsperioden på vinteren kan en isdam av bunnis bryte sammen og øke vannføringen nedover i vassdraget. Er det flere isdammer kan også de nedenforliggende dammene løsne. Dette er typisk for vinterisganger. Ismassen fra disse isgangene kan samle seg til en propp og skape problemer på ulike vis.

Figur 1: Ismasser etter isgang i Namsen. Vann og is flyter langt utenfor elveleiet og er i ferd med å true bebyggelse og veier. Elvekanten ligger ved trærne til venstre i bakre del av bildet. (Foto: Magne Grandemo, NVE).

Figur 1: Ismasser etter isgang i Namsen. Vann og is flyter langt utenfor elveleiet og er i ferd med å true bebyggelse og veier. Elvekanten ligger ved trærne til venstre i bakre del av bildet. (Foto: Magne Grandemo, NVE).

Skaff deg kunnskap om isforholdene i vassdraget 

Som en del av grunnlaget for prosjekteringen av tiltak mot flom og erosjon må du skaffe deg informasjon om isforholdene i vassdraget – og spesielt for den strekningen som du prosjekterer. 

Spørsmål som du må stille er blant annet:

  • Er det normalt isganger på strekningen?
  • Hva er vannstandsnivå ved isganger?
  • Er det erfaring for at isen setter seg fast i området som en ispropp (figur 2)? Eventuelt hvor?
  • Hva skjer når isen eventuelt setter seg fast? Høy vannstand? Overstrømning? Nye løp?
  • Dannes det sarr og bunnis i elva (figur 3 og 5)?
  • Kan isdekket fryse fast i steinsikringen (figur 4)?
  • Er vassdraget regulert? Hvordan påvirker reguleringen isforholdene?

Produksjonen av is er sterkt varierende fra vassdrag til vassdrag, og det påvirker omfanget av problemene som isen skaper i vassdragene. Regulering av vassdragene er også noe som påvirker isforholdene. I NVE rapport 20/2010 Hvordan is i vassdrag dannes kan du lese mer om isdannelse og isløsning i vassdrag, samt hvordan vassdragsreguleringer påvirker isen i norske vassdrag.

Videre er det spesielt nyttig å snakke med lokalkjente for å skaffe deg informasjon om situasjonen lokalt. For eksempel om hvor isen tradisjonelt setter seg fast.

Figur 2: Surna ved Bolme. Isen har satt seg fast som en ispropp. Dette gjør det videre forløpet uvisst. (Foto: Joar Skauge, NVE)

Figur 2: Surna ved Bolme. Isen har satt seg fast som en ispropp. Dette gjør det videre forløpet uvisst. (Foto: Joar Skauge, NVE)

Filmen over viser isgang i Repparfjordelva, Hammerfest kommune, Troms og Finnmark, 10. mai 2009. (Video: Filmet av Bjørn Moberg, publisert av NVE, YouTube)

Filmen over viser isgang i Ogna, Steinkjer kommune, Trøndelag, februar 2019. (Video: Filmet av Siv Johansen Råde, publisert av NVE, YouTube)

Tips til nyttige nettsider

Informasjon om isforholdene i de enkelte vassdragene kan du finne hos NVEs seksjon for bre, is og snø. Vi anbefaler å sjekke ut

Krefter fra is – dimensjonering og utforming av sikringstiltak

Hvordan du unngår de største belastningene fra is i bevegelse

Det eksisterer lite informasjon om dimensjonering av flom- og erosjonssikringsanlegg av stein i forhold til iskrefter. Vi har erfart at is i bevegelse kan hekte seg fast i konstruksjonen eller i tilstøtende terreng. Vann og is i bevegelse, som bygger seg opp bak den utsatte strekningen, kan påføre konstruksjonen enorme belastninger. 

Rådet er derfor å konstruere tiltaket på en såpass strømlinjeformet måte at isen glir forbi uten å sette seg fast. I tillegg bør grusører og utstikkende terreng på motsatt side av tiltaket, ofte i innersvinger, begrenses i utbredelse. Dette for å minske sannsynligheten for at isen grunner opp, setter seg fast og skyves mot sikringsanlegget. 

Den høye vannstanden under isganger gjør at isen treffer et stykke opp i skråningen, og støtkreftene fra isen blir da størst i selve skråningen. Ofte vil derfor variasjoner i linjeføringen i nederste del av skråningen ikke påvirke faren for at isen skal sette seg fast. På den måten kan tiltaket utformes slik at det likevel skapes strømningsvariasjoner for å ta hensyn til fisk og vassdragsmiljø.

Konstruksjoner på tvers av strømretningen (dynamiske krefter)

For brupilarer og andre konstruksjoner på tvers av isens bevegelsesretning kan isganger representerer store krefter som kan ødelegge eller skade til og med de mest solide konstruksjoner.

Flom- og erosjonssikringsanlegg kan bli utsatt for denne type krefter i krappe yttersvinger der ismassene ikke greier å følge svingen, men trykker direkte inn i elvesiden. Det er vanskelig å dimensjonere anlegget for en slik situasjon.

Du kan foreta en forenklet beregning for slike krefter, blant annet American Petroleum Bulletin 2N,1982 sin formel. Mer om dette kan du lese i Vassdragshåndboka kap. 3.7.2.

Filmen over viser isgang i Beiarelva, Nordland, februar 2019. (Video: Filmet av Bjørn Trones, publisert av NVE, YouTube)

Filmen over viser isgang i Breiarelva, Nordland, 27. februar 2019. (Video: Filmet av Bjørn Trones, publisert av NVE, YouTube)

Isgangen kan ta broer

I NRK-artikkelen "– Det høres ut som flere timer langt tordenvær" blir en bru revet med isgangen i februar 2019 i Beiarelva, Nordland.

Belastninger på islagte strekninger

Spylekrefter under isdekket

På slake strekninger der det etablerer seg isdekke kan det ved spesielle forhold dannes sarr under isen. Sarr fortrenger det effektive strømningstverrsnittet og bidrar til økt hastighet og erosjon langs elvesidene/sikringsskråningene. Figur 3 illustrerer denne situasjonen. Slike spylekrefter opptrer også når vannføringen er stigende og vannet presses under et fastfrosset isdekke, eller blir fortrengt av ismasser som delvis dekker elvetverrsnittet. Dette må du ta hensyn til ved fastsettelse av steinstørrelse. Les mer om dette i avsnittet Steinstørrelser i denne modulen.

Figur 3: Strømforholdene under isdekket der store sarrmengder er akkumulert. Elveleiet er helt fylt med sarr i midten og strømmen er konsentrert på begge sider, og kan føre til erosjon/belastning på sikringstiltaket.

Figur 3: Strømforholdene under isdekket der store sarrmengder er akkumulert. Elveleiet er helt fylt med sarr i midten og strømmen er konsentrert på begge sider, og kan føre til erosjon/belastning på sikringstiltaket.

Isen fryser fast i steinkledningen

På slake elvestrekninger, i innsjøer og i reguleringsmagasin, kan is fryse fast i skråningen ved langvarig permanent vannstand, se figur 4. Ved endringer i vannstanden, som for eksempel ved flom og regulert vannføring, kan isen dra med seg steiner fra sikringen. Det eksisterer lite beregningsgrunnlag for denne situasjonen. Erfaringsmessig vil større stein og slak skråning være fordelaktig. Strukturen og dermed styrken i isen vil brytes ned jo lengre utover våren den blir liggende. Dette kan det bli tatt hensyn til på regulerte strekninger.

Figur 4: Isen er frosset fast i elvesiden og brekker løs ved endret vannstand. (Foto: NVE)

Figur 4: Isen er frosset fast i elvesiden og brekker løs ved endret vannstand. (Foto: NVE)

Termiske krefter fra isdekket

Ved isdekker som er frosset fast til sikringsanlegget kan isen skape trykk mot anlegget ved at isen utvider seg på grunn av temperaturendringer. I praksis vil en sikring bygget av stein ikke få skader som følge av termiske krefter, fordi det er en plastisk konstruksjon.

Relevante begrep

Bunnis: is i virvlende vann som bygger seg opp fra bunnen. 

Sarr: svevende og drivende isnåler i underkjølt vann.

Kjøving: dynamisk prosess når sarr blir til bunnis. Kan fryse sammen til et isdekke.

Svellis: vann i sakte bevegelse fryser kompakt med underlaget. 

Isdam: bunnis som bygger seg opp til en dam som stuver opp vannlinja bak.

Isgang: is som løsner og driver nedover vassdraget. 

Ispropp: is i drift (isgang) som stopper opp på utsatte partier og skyves sammen til en propp i vassdraget.

Vårisgang: isganger som utløses når vannføringen blir tilstrekkelig stor slik at isdekker, på islagte partier, sprekker opp og flyter nedover i vassdraget. 

Vinterisgang: bunnis kan bygge seg opp til isdammer og demme opp vannmassene bak. Hvis disse massene bryter sammen vil vannføringen øke nedover i vassdraget. 

Frittstående mur: mur som har fri overflate på begge sider. 

Mobile flomvern: konstruksjoner som bygges midlertidig før/under flommen. Tas ned etter flommen. 

Belastning på terskel fra bunnis – tiltak 

Et vanlig problem er at det i isleggingstiden bygger seg opp is på terskelkroner, ved at underkjølt sarr treffer terskelen og fryser momentant, se figur 5. Terskelhøyden øker og erosjonspåkjenningen blir større ved terskelfoten nedstrøms. Isen på toppen av terskelkrona vil også øke påkjenningen på terskelkrona, både på grunn av isens oppdrift, men også strømmens vippeefekt. Brudd i isdammer er en vanlig årsak til vinterisganger.

For å redusere slike problemer viser erfaring at det er gunstig å bygge en markert dyprenne i terskelen, slik at vintervannføringen samles i et begrenset løp.

Is som fryser fast på terskelkrona, og blir utsatt for isganger, kan flytte steiner slik at det blir skader på terskelen. Terskelen oppnår større styrke ved at krona får en buet fasong mot strømmen, samtidig som steinene tilpasses godt. Vi oppnår dermed en lignende virkning som for en velvbru. Det styrker også konstruksjonen å bolte steinene sammen, både mot underliggende steiner og sideveis.

Når elva islegges stopper sarrdannelsen. I regulerte vassdrag med utslipp av «varmt» vann vil det være sarrdannelse i kuldeperioder gjennom hele vinteren, med ny oppbygging av isdammer.  

Figur 5: Bunnisdam i Begna, Oppland. (Foto: Syver Roen, NVE)

Figur 5: Bunnisdam i Begna, Oppland. (Foto: Syver Roen, NVE)

NB!

Vær oppmerksom på at en buet terskel vil føre til strøm-konsentrasjoner som kan skape farlige situasjoner for padlere og badende i elva. Det er vanskelig å komme seg ut av strømvirvelen innerst i buen.

Steinstørrelser og anbefalt skråningsvinkel

For å ivareta normal belastning fra is som skurer langs tiltaket, må du øke steinstørrelsen mer enn det du beregner fra hydrauliske krefter. Det er vanlig å legge på en sikkerhetsfaktor 1,2–1,5 for å ivareta dette. En sikkerhetsfaktor på 1,5 vil også sikre at spylekrefter fra vann under isdekker ivaretas i sikringen.

Videre anbefaler vi slakest mulig skråningsvinkel. Ikke brattere enn 1:2, helst 1:3. I erosjonssikringer utført med ordnet steinlag anbefaler vi velgraderte masser, og i plastrede flater må steinene legges med god innbyrdes låsing. Les mer om belastning fra is i Vassdragshåndboka kapittel 3.7.

Forsøk fra USA gir også anbefalinger om beregning av steinstørrelser ut fra isens tykkelse. Du kan lese mer om iskrefter på flom- og erosjonsanlegg i Vassdragshåndboka kapittel 3.7.2.

Husk at ...

Is i bevegelse kan gi behov for større stein i sikringen.

Forhold som kan kreve høyere nivå på sikringen

Is i vassdrag fører til høyere vannstand enn tilsvarende vannstand når det er isfritt. I denne modulen påpekes bare problemet. Vi anbefaler å kontakte isfaglig ekspertise for å få råd om forholdene og hvordan dimensjoneringen bør være.

Overvann på etablert isdekke

På slake strekninger i elva der det dannes isdekke, kan det ved spesielle situasjoner fraktes isklumper og sarr under isdekket som samler seg opp og reduserer det effektive tverrsnittet for strømmende vann. Dette kan forårsake overvann og oversvømmelser på land, slik figur 6 illustrer.

Figur 6: Vannet renner oppå isdekket. (Foto: NVE).

Figur 6: Vannet renner oppå isdekket. (Foto: NVE).

Husk at ...

Is i vassdrag kan gi behov for å øke høyden på sikringen.

Ispropp

Når isgangen stopper opp, dannes det ofte en propp av is på en strekning av vassdraget. Vannet vil finne nye veier for avrenning, enten oppå eller rundt ismassene. Dette kan skape oversvømmelse på land, som igjen kan føre til betydelige skader på eksempelvis dyrket mark, på veier og i bebygde områder. Figur 7–9 viser et eksempel på en slik situasjon i Surna ved Sande.

Figur 7: Ispropp i Surna der ismasser er skjøvet på land og inn i bebygd område. (Foto: Mads Johnsen, NVE)

Figur 7: Ispropp i Surna der ismasser er skjøvet på land og inn i bebygd område. (Foto: Mads Johnsen, NVE)

Hvis det er erfaring med at ismasser, under isganger, setter seg fast i området som skal sikres, kan du vurdere å gjøre tiltak som fører isen videre forbi det utsatte området. Det kan du gjøre ved å skape større vanndybde for isen, og dermed bedre flyt. Eksempel på tiltak som du kan vurdere er å:

  • grave dypere bunn
  • redusere utbredelsen av ørmasser
  • og/eller heve terrenget på sidene

Husk imidlertid at de forbedringene som gjøres ett sted, kan skape nye problemer andre steder ettersom isen blir ført videre nedover. Dette må vurderes i hvert enkelt tilfelle. Vi anbefaler at du kontakter isfaglig ekspertise ved slike gjennomgripende tiltak. Dette gjelder både for dimensjonering, men også og for konsekvensvurdering.

Figur 8: Ispropp i Surna. Vannet strømmer inn på land og inn i industriområde. (Foto: Mads Johnsen, NVE)

Figur 8: Ispropp i Surna. Vannet strømmer inn på land og inn i industriområde. (Foto: Mads Johnsen, NVE)

Figur 9: Ispropp i Surna ved Sande.  Vannet tar nytt løp inn i bebygd område. (Foto: NVE)

Figur 9: Ispropp i Surna ved Sande. Vannet tar nytt løp inn i bebygd område. (Foto: NVE)

Isdammer

På terskler og bratte partier kan bunnis bygge opp bunnen/terskelkrona og dermed gi en høyere flomlinje i en periode. Les mer i avsnittet Belastning på terskel fra bunnis – tiltak i denne modulen.

Svellis

Når vann i sakte bevegelse fryser kompakt med underlaget blir det svellis, slik situasjonen i figur 10 viser. Det skjer særlig når det er lite snø og sterk kulde og lav vannføring. Mindre elver og bekker er mest utsatt. Elveleiet fylles da opp med kompakt svellis og vannet må finne seg andre veier. Ofte er resultatet oversvømmelse på land. Det vil hjelpe å øke høyden på elvebreddene, men dette løser ikke alltid problemet.

Graving av en markert djupål vil redusere overflaten og redusere isdannelsen, men kunstig gravde djupåler fyller seg ofte igjen i flommer.

Figur 10: Svellis har nesten tettet elva oppunder brua. (Foto: Anders Bjordal, NVE)

Figur 10: Svellis har nesten tettet elva oppunder brua. (Foto: Anders Bjordal, NVE)

Hensyn til drivgods

Drivgods i norske elver kan i prinsippet være alt som blir tilført elva, og som flyter. Eksempelvis campingvogner og trær, vist i figur 11 og 12. Dersom drivgods treffer sikringsanlegget vil det skape støtkrefter mot anlegget.

For sikringstiltak av stein- og løsmasser, der selve sikringsanlegget har god støtte i terreng/fylling, trenger du normalt ikke å dimensjonere steinsikringen ekstra, ettersom støtkreftene fra drivgods er moderate.

Figur 11: Campingvogner har drevet med elva som drivgods under et flomskred i august 2003 i Vinstra, Oppdal. (Foto: Mads Johnsen, NVE)

Figur 11: Campingvogner har drevet med elva som drivgods under et flomskred i august 2003 i Vinstra, Oppdal. (Foto: Mads Johnsen, NVE)

Drivgods kan imidlertid tette varegrinder og kulverter og øke behovet for bruhøyde. I mindre vassdrag kan trær og røtter kile seg fast og bli oppsamlingssted for annet drivgods. Dette stuer opp vannlinja eller øker vannhastigheten lokalt. Dermed kan belastningen på bunn og sider øke på utsatte steder. Det kan være lurt å lete etter løsninger for å redusere omfanget av drivgods. Likeså utforme tiltaket ditt tilstrekkelig glatt slik at man unngår å lage feller for oppsamling av drivgods. Drivgods kan grunne opp på ører eller andre utsatte steder i vassdraget. Her må du vurdere om dette kan føre til redusert vannhastighet og dermed høyere vannstand. Du må i hvert enkelt tilfelle, vurdere om det er behov for å øke høyden på konstruksjonen, ut fra faren for vannstandsheving fra drivgods. Eventuelt lete etter andre løsninger for å unngå problemene som skapes av drivgods. 

Figur 12: Drivgods etter flom. (Foto: Svein Arne Vågane, NVE)

Figur 12: Drivgods etter flom. (Foto: Svein Arne Vågane, NVE)

Noen eksempler på vanlig drivgods er

  • trær og røtter
  • høyballer og rundballer
  • tønner og tanker
  • søppel
  • båter, flåter og campingvogner
  • bygningsdeler

Frittstående murer og mobile flomvern

For sikringstiltak bygget opp av frittstående murer av betong eller annet, og for mobile flomvern (figur 13), skal kreftene tas opp som innspenning i foten/fundamentet, eller fra støttekonstruksjoner i bakkant. For å dimensjonere konstruksjonen vil det være nødvendig å ta hensyn til både strømkrefter fra drivgods, støt- og trykkrefter fra is, samt vann- og strømkrefter. Det samme gjelder tosidige natursteinmurer som opptrer som stive konstruksjoner.

I denne modulen går vi ikke nærmere inn på størrelsen av disse kreftene, eller hvordan denne typen konstruksjoner dimensjoneres. 

Figur 13: Mobilt flomverk, Dalen i Tokke kommune. (Foto: NVE).

Figur 13: Mobilt flomverk, Dalen i Tokke kommune. (Foto: NVE).

Videre lesning og referanser

NVE (2010) Vassdragshåndboka - Håndbok i vassdragsteknikk. red. Fergus, T, Hoseth, K. A, Sæterbø, E. Trondheim: Tapir Akademisk Forlag.

NVE (2010) Hvordan is i vassdrag dannesRapport nr. 20/2010. Oslo: Norges vassdrags- og energidirektorat.

NVE (2017). Is og vanntemperatur. Tilgjengelig fra: https://www.nve.no/hydrologi/is-og-vanntemperatur/?ref=mainmenu (Hentet: 19. februar 2020).

regObs (2020). Tilgjengelig fra: https://www.regobs.no/ (Hentet: 19. februar 2020).

Varsom Iskart (2020). Tilgjengelig fra: https://iskart.no/ (Hentet: 19. februar 2020).

Trygstad, Andreas N. (2019). Det høres ut som flere timer langt tordenværNRK.no. Tilgjengelig fra: https://www.nrk.no/nordland/sjeldent-fenomen-setter-tonnevis-med-ismasser-i-bevegelse-1.14451005 (Hentet: 3. desember 2019).